CN111855307B - 牵引取样式主动保压原位海水取样器及其取样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种牵引取样式主动保压原位海水取样器，其包括：取样器本体，其内设有第一隔离元件，第一隔离元件将取样器本体内部空间分隔为取样腔室和非取样腔室，取样腔室具有液体进出口；第二隔离元件，其设于非取样腔室内，第二隔离元件与第一隔离元件间形成加压腔；牵引装置，其与第二隔离元件连接，以牵引所述第二隔离元件相对取样器本体移动；主动控压系统，其与取样器本体连接，主动控压系统检测取样腔室和/或非取样腔室内的压力，当所述取样腔室和/或非取样腔室内的压力低于设定值后，所述主动控压系统向加压腔内加压。此外，本发明还公开了一种海水取样方法，其采用上述的牵引取样式主动保压原位海水取样器进行取样。

Description

牵引取样式主动保压原位海水取样器及其取样方法
技术领域
本发明涉及海洋技术仪器设备领域，具体地，涉及一种保压海水取样装置及其取样方法。
背景技术
在现有技术中，海水保压取样装置包括蓄压筒、蓄压活塞、连接体、样品筒以及样品活塞。上述部件共同构成了三个腔室，即蓄压腔、隔离水腔和样品腔。虽然该海水保压取样装置可以实现保压采样、储存以及提取的功能，但是其存在着几点不足，例如：该海水保压取样装置在进行取样前，由于吸水管和采样阀死区容积内预注的深海水和夹杂的环境海水(即非样品海水)不能预先排除，因此，采样时，上述的深海水以及环境海水会随着需要采样的样品一同进入样品腔内，影响样品纯度；此外，隔离水腔需要加注现场海底水，以防止样品活塞在采样移动时，残留在样品腔壁上的介质进入样品腔内，由此增加操作难度，并同时加剧了成本和采样工艺的复杂性；另外，由于该海水保压取样装置采用的是固定节流孔控制流量，随着采样的进行，蓄压腔氮气压力增高，压差越来越小，由此采样速度越来越慢，进而影响采样效率。
公开号为CN1453567A，公开日为2003年11月5日，名称为“高纯度保压深海热液取样器”的中国专利文献公开了一种高纯度保压深海热液取样器。在该专利文献所公开的技术方案中，高纯度保压深海热液取样器包括：蓄压筒、蓄压腔活塞、连接体、样品筒、阀板、取样阀、吸水管、充气阀、微量阀、微量高压泵。该专利文献所公开的技术方案实现了气体保压、非样品海水预吸并隔离和变阻尼节流控制的功能，但是该高纯度保压深海热液取样器无法对采集的海水进行主动保压，因而，保压精度不高。
基于此，期望获得一种取样装置，该取样装置可以克服现有技术的不足，实现对待取样的样品进行主动保压，采用该取样装置取样时，保压精度高、安全性好，操作方便，使用灵活。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种牵引取样式主动保压原位海水取样器及其取样方法。
为了实现上述发明目的，本发明提出了一种牵引取样式主动保压原位海水取样器，其包括：取样器本体，取样器本体内设有第一隔离元件，第一隔离元件将取样器本体内部空间分隔为取样腔室以及非取样腔室，取样腔室具有液体进出口；
第二隔离元件，第二隔离元件设于非取样腔室内，第二隔离元件与第一隔离元件间形成加压腔；
牵引装置，牵引装置与第二隔离元件连接，以牵引所述第二隔离元件相对取样器本体移动；
主动控压系统，其与取样器本体连接，主动控压系统检测取样腔室和/或非取样腔室内的压力，当取样腔室和/或非取样腔室内的压力低于设定值后，主动控压系统向加压腔内加压。
在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，通过设置主动控压系统，解决了现有技术中由于采用被动补偿技术所导致的压力变化进而影响保压精度的问题，由此提高了本案的牵引取样式主动保压原位海水取样器取样时的保压精度。
此外，本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器通过主动控压系统向加压腔内加压，可以避免现有技术中采用高压气体被动补偿所导致的高压气引发的安全问题，由此使得采用本案的牵引取样式主动保压原位海水取样器在使用时更为安全。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，主动控压系统包括依次电连接的压力检测件、控制器以及压力生成装置，压力检测件检测取样腔室和/或非取样腔室内的压力，当取样腔室或者非取样腔室内的压力低于设定值后，控制器控制压力生成装置向所述加压腔内加压；压力生成装置包括泵，泵在压力作用下将介质输送至加压腔内。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，泵为高压注液泵，介质为液体介质。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，牵引装置包括绞盘和绞绳，绞绳一端与第二隔离元件连接。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，取样器本体包括中空的舱体，舱体一端与连接件连接，另一端与端盖螺纹连接，液体进出口设于端盖上。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，舱体与连接件和/或端盖之间的连接处具有密封结构。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，牵引取样式主动保压原位海水取样器还包括阀，阀设于与取样腔室连接的管路上，以控制海水样品流入、流出或封闭于取样腔室。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，当阀为电动阀，电动阀与主动控压系统电连接，主动控压系统控制电动阀的启闭。
优选地，在本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器中，当液体进出口包括取样进口以及排液出口时，与取样进口连接的进样管路上设有单向阀，与所述排液出口连接的排液管路上设有开关阀。
需要说明的是，在一些其他的实施方式中，主动控压系统可以采用智能泵系统，将智能泵系统与取样器本体连接，压力检测件以及控制器可以采用智能泵系统中的相应装置以实现对应的功能，而无需额外再设置其他的压力检测件以及控制器。
为了实现上述发明目的，本发明还提出了一种海水取样方法，该海水取样方法采用上述的牵引取样式主动保压原位海水取样器进行取样，其包括步骤：
当牵引取样式主动保压原位海水取样器取样前，人工操作将第二隔离元件和第一隔离元件沿第一方向移动，直至取样腔室内气体排空；
当牵引取样式主动保压原位海水取样器下潜到取水目标深度时，牵引装置牵引第二隔离元件沿与第一方向相反的第二方向移动，以使得所述第一隔离元件沿第二方向移动，海水样品进入所述取样腔室内；
当所述牵引取样式主动保压原位海水取样器进行回收时，所述主动控压系统检测到所述取样腔室或者非取样腔室内的压力低于设定值后，所述主动控压系统向所述加压腔内加压，以维持所述取样腔室内的压力不变。
需要说明的是，在上述方案中，可以通过由液体进出口抽吸气体或是通过额外设置顶杆顶推，以实现第二隔离元件和第一隔离元件沿第一方向移动。
与现有技术相比，本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器及其取样方法具有如下所述的优点以及有益效果：
首先、本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器由于设置了主动控压系统，使得采用本案的牵引取样式主动保压原位海水取样器在采集原位海水时可以主动保压，避免了由于现有技术所采用的的高压气体被动补偿所带来的缺陷，由此极好地提高了保压精度以及安全性。
进一步的、本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器使用时，取样器工作深度不需要在水面预配置，因此，使得其使用方便，灵活性好。
更进一步的、本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器通过主动控压系统进行加压时，加压腔内的介质与取样腔室内的样品不会混合，因而，保证了作为样品的原位海水不受污染。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的结构示意图。
图2示意性地显示了本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的处于初始状态时的结构。
图3示意性地显示了本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的取样腔室取样后的结构。
图4示意性地显示了本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的加压腔加压时的结构。
附图标记：
1-取样器本体；2-第一隔离元件；3-第二隔离元件；4-牵引装置；11-舱体；12-端盖；13-取样腔室；14-非取样腔室；15-加压腔；16-连接件；17-排液出口；18-取样进口；51-开关阀；52-单向阀；61-压力检测件；62-控制器；63-压力生成装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
图1为本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的结构示意图。
如图1所示，在本实施方式中，牵引取样式主动保压原位海水取样器包括取样器本体1、第一隔离元件2、第二隔离元件3、牵引装置4以及与取样器本体1连接的主动控压系统，其中，主动控压系统包括压力检测件61、控制器62以及压力生成装置63。
需要说明的是，在本实施例中，第一隔离元件2与第二隔离元件3可以采用活塞件。
进一步参考图1可以看出，取样器本体1包括中空的舱体11，舱体11一端与连接件16连接，另一端与端盖12螺纹连接，使得舱体11内形成封闭的空间。为了提高密封效果，可以在舱体11与连接件16和/或端盖12之间的连接处设置密封结构。第一隔离元件2设于取样器本体1内，将取样器本体内部空间(即舱体11形成的封闭空间)分隔为取样腔室13以及非取样腔室14，取样腔室13具有取样进口18以及排液出口17。参考图1可以看出，取样进口18以及排液出口17设于端盖12上。与取样进口18连接的进样管路上设有单向阀52，与排液出口17连接的排液管路上设有开关阀51。
需要说明的是，在本实施方式中，进样管路与排液管路不相连，但是可以想到的是，在一些其他的实施方式中，进样管路与排液管路可以连通，因此，可以在进样管路与排液管路连通的管路上设置阀，该管路与取样腔室13连接，因此，通过控制阀的方式，以控制海水样品流入、流出或封闭于取样腔室13内。在一些进一步优选的实施方式中，阀可以采用电动阀，电动阀与控制器62电连接，通过控制控制器62控制电动阀的启闭。
第二隔离元件3设于非取样腔室14内，第二隔离元件3与第一隔离元件2间形成加压腔15。
牵引装置4包括绞盘和绞绳，绞绳一端与第二隔离元件3连接，以牵引第二隔离元件3相对取样器本体1移动。
在本实施方式中，压力检测件61检测取样腔室13内的压力，当取样腔室13内的压力达到预设值后，控制器62控制所述压力生成装置63向加压腔15内加压，以维持取样腔室13内的压力不变。在本实施方式中，压力生成装置63为高压注液泵，其在压力作用下，将液体介质输送至加压腔15内，以增加加压腔15内的压力，维持取样腔室13内的压力不变。控制器62可以根据上位机指令或提前预设的程序完成各项数据采集以及指令输出。
需要说明的是，液体介质可以为海水，也可以为预设置在泵吸口的其他液体。
此外，在一些其他的实施方式中，主动控压系统可以采用智能泵系统，将智能泵系统与取样器本体连接，压力检测件以及控制器可以采用智能泵系统中的相应装置以实现对应的功能，而无需额外再设置其他的压力检测件以及控制器。
结合图2至图4对所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器进行取样的工作原理进行进一步说明。其中，图2示意性地显示了本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的处于初始状态时的结构。图3示意性地显示了本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的取样腔室取样后的结构。图4示意性地显示了本发明所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器在一种实施方式下的加压腔加压时的结构。
如图2所示，当牵引取样式主动保压原位海水取样器取样前，打开开关阀51保持打开，通过从排液出口17抽吸气体，从而使得第一隔离元件2以及第二隔离元件3沿着第一方向(即F1所示方向)移动，直至取样腔室13内气体排空；
当牵引取样式主动保压原位海水取样器下潜到取水目标深度时，牵引装置4牵引第二隔离元件3沿与第一方向相反的第二方向移动，以使得所述第一隔离元件2沿所述第二方向移动，待取样样品进入所述取样腔室13内
第一隔离元件2以及第二隔离元件3处于初始状态，此时，第一隔离元件2以及第二隔离元件3贴合位于舱体靠近端盖12的位置，取样腔室12与非取样腔室13内清空，开关阀52保持关闭。
当牵引取样式主动保压原位海水取样器下潜到取水目标深度时，控制器62控制牵引装置4牵引第二隔离元件3沿第二方向移动，此时，由于第二隔离元件3的移动，使得第二隔离元件3与第一隔离元件2之间的压力下降，第一隔离元件2两侧压力不同(右侧压力大于左侧压力)，因此，第一隔离元件2在压差驱动下也沿第一方向移动。由此，在取样腔室13内的压力也下降，原位海水通过单向阀51进入取样腔室13内。
随后，第二隔离元件3和第一隔离元件2移动至如图3所示的状态，此时，原位海水充盈整个取样腔室13内，取样腔室13体积达到最大。
考虑到当牵引取样式主动保压原位海水取样器进行回收时，随着所处深度的变浅，取样器本体1内压力开始衰减，压力检测件61测量到取样腔室13内的压力变化后上传至控制器62，控制器62驱动压力生成装置63向加压腔15内加压，加压腔15内的压力通过第一隔离元件2传递到取样腔室13，但因为第一隔离元件2的隔离，因此，加压腔15内的液体介质并不会与取样腔室13内的待取样的原位海水混合，直至收回。
实施例2
实施例2中的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其结构与实施例1中的牵引取样式主动保压原位海水取样器的结构基本一致，其区别在于，主动控压系统可以采用智能泵系统，也就是说，在实施例2中，将智能泵系统与取样器本体1连接，因此，在实施例2中，无需额外再设置其他的压力检测件以及控制器，而是可以采用智能泵系统中的相应装置以实现对应的功能。
实施例3
实施例3中的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其结构与实施例1中的牵引取样式主动保压原位海水取样器的结构基本一致，其区别在于，实施例1中的进样管路与排液管路不相连，但是在实施例3中，进样管路与排液管路可以连通，因此，实施例3中的牵引取样式主动保压原位海水取样器仅在进样管路与排液管路连通的管路上设置阀。由于该进样管路与排液管路连通的管路与取样腔室13连接，因此，可以通过控制该阀的方式，实现改变流入或流出取样腔室13的待取样样品的流动路径。
在一些进一步优选的实施例中，该阀可以采用电动阀。并且，尤其是，电动阀可以与控制器32电连接，由此可以通过控制控制器32，以控制电动阀的启闭。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种牵引取样式主动保压原位海水取样器，其特征在于，包括：
取样器本体（1），所述取样器本体（1）内设有第一隔离元件（2），所述第一隔离元件（2）将取样器本体（1）内部空间分隔为取样腔室（13）和非取样腔室（14），所述取样腔室（13）具有液体进出口；
第二隔离元件（3），所述第二隔离元件（3）设于所述非取样腔室（14）内，所述第二隔离元件（3）与所述第一隔离元件（2）间形成加压腔（15）；
牵引装置（4），所述牵引装置（4）与所述第二隔离元件（3）连接，以牵引所述第二隔离元件（3）相对所述取样器本体（1）移动；
主动控压系统，其与所述取样器本体（1）连接，所述主动控压系统检测所述取样腔室（13）和/或非取样腔室（14）内的压力，当所述取样腔室（13）和/或非取样腔室（14）内的压力低于设定值后，所述主动控压系统向加压腔（15）内加压；
所述主动控压系统包括依次电连接的压力检测件（61）、控制器（62）以及压力生成装置（63），所述压力检测件（61）检测所述取样腔室（13）和/或所述非取样腔室（14）内的压力，当所述取样腔室（13）或者非取样腔室（14）内的压力低于设定值后，所述控制器（62）控制所述压力生成装置（63）向所述加压腔（15）内加压；所述压力生成装置（63）包括泵，所述泵在压力作用下将介质输送至所述加压腔（15）内；
所述牵引装置（4）包括绞盘和绞绳，绞绳一端与所述第二隔离元件（3）连接；
当牵引取样式主动保压原位海水取样器下潜到取水目标深度时，控制器（62）控制牵引装置（4）牵引第二隔离元件（3）沿第二方向移动，使得第二隔离元件（3）与第一隔离元件（2）之间的压力下降，第一隔离元件（2）两侧压力不同，导致第一隔离元件（2）在压差驱动下也沿第一方向移动；
同时，在取样腔室（13）内的压力也下降，原位海水通过单向阀（52）进入取样腔室（13）内。
2.根据权利要求1所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其特征在于，所述泵为高压注液泵，所述介质为液体介质。
3.根据权利要求1所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其特征在于，所述取样器本体（1）包括中空的舱体（11），所述舱体（11）一端与连接件（16）连接，另一端与端盖（12）螺纹连接，所述液体进出口设于所述端盖（12）上。
4.根据权利要求3所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其特征在于，所述舱体（11）与所述连接件（16）和/或所述端盖（12）之间的连接处具有密封结构。
5.根据权利要求3所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其特征在于，所述牵引取样式主动保压原位海水取样器还包括阀，所述阀设于与所述取样腔室（13）连接的管路上，以控制海水样品流入、流出或封闭于取样腔室。
6.根据权利要求5所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其特征在于，所述阀为电动阀，所述电动阀与所述主动控压系统电连接，所述主动控压系统控制所述电动阀的启闭。
7.根据权利要求3所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器，其特征在于，当所述液体进出口包括取样进口（18）以及排液出口（17）时，与所述取样进口（18）连接的进样管路上设有单向阀（52），与所述排液出口（17）连接的排液管路上设有开关阀（51）。
8.一种海水取样方法，其特征在于，所述海水取样方法采用如权利要求1-7中任意一项所述的牵引取样式主动保压原位海水取样器进行取样，包括步骤：
当所述牵引取样式主动保压原位海水取样器取样前，人工操作将第二隔离元件（3）和第一隔离元件（2）沿第一方向移动，直至取样腔室（13）内气体排空；
当所述牵引取样式主动保压原位海水取样器下潜到取水目标深度时，所述牵引装置（4）牵引所述第二隔离元件（3）沿与第一方向相反的第二方向移动，以使得所述第一隔离元件（2）沿所述第二方向移动，海水样品进入所述取样腔室（13）内；
当所述牵引取样式主动保压原位海水取样器进行回收时，所述主动控压系统检测到所述取样腔室（13）或者非取样腔室（14）内的压力低于设定值后，所述主动控压系统向所述加压腔（15）内加压，以维持所述取样腔室(13)内的压力不变。
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